钕铁硼氢爆碎工艺过程中数据驱动的平行控制方法研究

氢爆碎工艺是稀土永磁体钕铁硼生产的关键工艺之一，目前国内对该工艺的研究与国外相比还有较大差距，反映在产品的磁性能与先进国家相比有差距。本项目试图在材料学科研究方法的基础上，应用现代传感技术、计算机信息处理技术、自动控制理论与方法，分析温度、压力变化的综合作用对钕铁硼应力场的影响，确定单晶爆裂（晶界断裂）的边界条件。.1、设计研发钕铁硼氢爆碎自动控制实验设备，通过对吸氢和放氢过程中特定温度曲线和压力曲线条件下产品磁性能的分析，获得大量实验数据；应用数据挖掘、统计学等方法对实验数据进行分析，得到优化温度曲线和压力曲线。2、以大量离线数据为基础，结合在线数据，研究吸氢和放氢程度软测量模型。3、研究钕铁硼氢爆碎工艺吸氢和脱氢过程数据驱动控制方法，采用人工系统和平行控制的思想，优化钕铁硼氢爆生产工艺，并使之适应不同材质和形态的原料。

氢粉碎工艺是制备高性能钕铁硼磁体的必备手段之一。钕铁硼（NdFeB）氢爆工艺中吸氢现象与反应过程的温度、压力及合金的成分与形态等因素相关，具有非线性、时滞、耦合和参数时变等特性,是一个典型的难控系统。氢碎过程的优化控制是影响钕铁硼磁体性能提升的瓶颈之一。. 从控制科学的角度看，氢碎过程的优化控制问题可以看作反应炉内温度、压力的设定值优化问题。目前，在缺乏更有效控制手段的情况下，国内外商用氢碎炉普遍采用的控制策略是：基于人工经验，给出反应过程温度、压力参考工艺曲线。这种策略依赖于人工经验，不能根据实际运行工况在线调整控制策略，当合金原料变化时，只能人工调整控制策略。此外，在实际生产中，操作工人只能凭经验判断钕铁硼合金吸氢结束（合金吸氢饱和）时刻，常常是以延长吸氢时间来保证可靠饱和，造成生产周期加长，成本提高，产品性能不稳定。因此，如何实时检测反应过程中钕铁硼合金的粉碎状态，并根据不同状态实施相应控制策略，是一个急需解决的科学问题。. 本项目从钕铁硼氢粉碎反应过程大量离线数据和在线数据分析入手，应用数据挖掘、人工智能等方法，研究钕铁硼合金吸氢的软测量模型和吸氢过程动态机理模型，采用人工系统和平行控制的方法构架控制系统结构，研究平行控制理论用于钕铁硼氢爆碎过程控制的实现方法。主要成果如下：（1）自主研发了钕铁硼氢粉碎计算机控制系统，采用上位机和下位机的分布式控制系统结构，上位机负责给出参考优化工艺曲线，下位机负责本地控制。（2）研究了吸氢过程合金吸氢量软测量模型，分别采用RBF神经网络、改进粒子群算法支持向量机（PSO-SVR）及蚁群算法支持向量机(ACA-SVR)等建模方法，根据氢碎过程的在线温度、压力等参数建立了合金吸氢量软测量模型。（3）首次建立了吸氢过程的动态机理模型。根据化学反应动力学、物料平衡、能量平衡和扩散原理等理论，分析氢爆过程的机理，建立了吸氢过程的动态模型，并在此基础上实现了氢爆过程人工系统（在线仿真系统）。（4）采用基于案例推理的方法，建立了氢爆过程平行控制系统。项目所取得的成果对提高钕铁硼氢粉碎工艺控制水平，缩短生产周期，提升钕铁硼磁体性能有实际意义。